Metabolisme Xenobiotik
dr. Syazili Mustofa, M. Biomed
Dokter Ahli Biokimia dan Biologi Molekuler
Departemen Biokimia dan Biologi Molekuler
Tujuan kuliah
• Mampu menjelaskan dua fase metabolisme
xenobiotik yaitu: yang melibatkan reaksi
hidroksilasi yang dikatalisasi oleh sitokrom
P450 dan reaksi konjugasi.
• Mampu menjelaskan kepentingan metabolik
dari glutation.
• Mampu menjelaskan bagaimana xenobiotik
memiliki efek toksik, imunologik dan
Kepentingan biomedis
• Tubuh kita terpapar banyak sekali komponen
asing (xenobiotik, berasal dari bahasa yunani
xenos = asing); yang secara alami terkandung
dalam tanaman, ada pula bahan sintetis dari obat
obatan, bahan makanan tambahan dan polutan
di lingkungan.
• Xenobiotik penting untuk memahami
farmakologi, terapetik, dan toksikologi.
• Banyak xenobiotik dalam tanaman yang
berpotensi berefek menguntungkan misalnya
antioksidan.
Kepentingan biomedis
• Memahami mekanisme yang terlibat dalam
metabolisme xenobiotik akan memungkinkan
pengembangan mikrorganisme dan tanaman
transgenik yang mengandung gen yang
mengkode enzim yang berguna mengubah
polutan yang berpotensi membahayakan
menjadi aman. Selain itu organisme transgeik
juga berguna untuk biosintesis obat dan
Tubuh kita mengolah banyak
xenobiotik yang harus dimetabolisme
terlebih dahulu sebelum dieksresikan
• Xenobiotik utama berupa obat, bahan kimia, karsinogen, bahan yang secara alami terkandung dalam tanaman dan berbagai jenis bahan yang terdapat dalam lingkungan
seperti polychlorinated biphenyls (PCBs), insektisida dan lainnya.
• Kebanyakan bahan bahan ini dimetabolisme di hati. • Metabolisme xenobiotik umumnya disebut proses
detoksifikasi
• Terkadang metabolit dari suatu bahan yang inert atau tak berbahaya bersifat aktif secara biologi. Misalnya aktivasi dari prodrug menjadi bahan aktif, atau pembentukan
Dua fase metabolisme xenobiotik
• Fase 1, umumnya melibatkan reaksi yang disebut hidroksilasi.
Reaksi ini dikatalisasi oleh berbagai monooksigenase, yang dikenal sebagai sitokrom P450. Untuk melakukan reaksi hidroksilasi, enzim enzim ini mengkatalisasi berbagai juga reaksi reaksi lainnya
misalnya deaminasi, desulfurilasi, epoksidasi, peroksigenasi, dan reduksi. Selain itu proses hiroksilasi fase satu ini juga melibatkan reaksi hidrolisis dan reaksi reaksi yang dikatalisasi oleh enzim non-P-450. Metabolisme fase 1 menyebabkan bahan xenobiotik menjadi lebih reaktif.
• Pada fase 2, metabolit yang terhidroksilasi akan terkonjugasi
dengan berbagai senyawa hidrofilik seperti asam glukuronat, sulfat, asetat atau glutation.
• Operasi gabungan dari dua fase ini mengubah senyawa lipofilik menjadi senyawa yang larut dalam air yang dapat diekskresikan dalam urin atau empedu.
Metabolisme Xenobiotik
xenobiotik Obat: Parasetamol, Isoniazid, Cisplatin, Prokain. Non obat: Alkohol, styrene, vinil clorida, CCl4 Metabolit intermedia Misal: benzokuinon, imin, atau radikal bebasBahan larut air atau terikat protein
Fase 1
Reaksi Oksidasi atau reduksi enzim monooksigenase atau
sitokrom P450
Fase 2 Reaksi Konjugasi
Fase 2
Keluar melalui empedu Ikut aliran darah dieksresikan lewat ginjal
Fase 1
• Dalam beberapa kasus, reaksi metabolik fase 1
mengubah xenobiotik dari senyawa yang tidak aktif menjadi aktif secara biologis. Contohnya , xenobiotik awal disebut sebagai prodrug atau prokarsinogen. • Kadang-kadang, reaksi fase 1 tambahan (misalnya,
reaksi hidroksilasi lebih lanjut) mengubah xenobiotik berupa senyawa aktif menjadi bentuk yang kurang aktif atau tidak aktif sebelum konjugasi.
• Dalam kasus lain, itu adalah reaksi konjugasi yang mengubah produk aktif dari reaksi fase 1 menjadi senyawa tidak aktif, yang diekskresikan
Berbagai bentuk sitokrom P450
menghidroksilasi berbagai xenobiotik
pada fase 1
• Reaksi utama yang terlibat dalam metabolisme fase 1 adalah hidroksilasi, dikatalisis oleh keluarga enzim yang dikenal sebagai monooksigenase atau sitokrom P450. • Setidaknya ada 57 gen sitokrom P450 dalam genom
manusia. Sitokrom P450 adalah enzim heme.
• Dinamakan demikian karena awalnya ditemukan ketika dicatat bahwa preparasi mikrosom (fragmen retikulum endoplasma) yang telah tereduksi secara kimia dan
kemudian terpapar karbon monoksida memiliki puncak penyerapan pada 450 nm.
sitokrom P450
• Setidaknya setengah dari obat-obatan yang biasa kita konsumsi dimetabolisme oleh isoform dari sitokrom P450. Enzim ini juga beraksi terhadap hormon steroid, karsinogen, dan polutan.
• Selain itu, sitokrom P450 penting dalam metabolisme sejumlah senyawa fisiologis, misalnya, sintesis hormon steroid dan konversi vitamin D menjadi metabolit
aktifnya, kalsitriol.
• Sitokrom P450 umumnya terletak di retikulum endoplasma, terutama di sel hati.
• Banyak sitokrom P450 tidak dapat diinduksi. Ini
Reaksi yang dikatalis sitokrom p-450
Sitokrom P450 mengkatalisasi reaksi yang
mengintroduksikan satu atom oksigen yang
berasal dari oksigen molekuler ke dalam
substrat, menghasilkan produk terhidroksilasi,
dan yang lainnya menjadi air. NADPH dan
NADPH sitokrom P450 reduktase terlibat
dalam mekanisme reaksi.
NADPH-sitokrom P450 reduktase mengkatalisis transfer elektron dari NADPH ke sitokrom P450. Reduksi sitokrom P450 mengkatalisasi aktivasi reduktif oksigen molekuler, satu atom di antaranya menjadi gugus hidroksil dalam substrat dan yang lainnya direduksi menjadi air. Sitokrom b5, hemoprotein lain yang
ditemukan dalam membran retikulum endoplasma halus) mungkin terlibat sebagai donor elektron dalam beberapa kasus.
Metabolisme xenobiotik fase 2: Reaksi
konjugasi
• Reaksi ini dikatalisis oleh enzim seperti
glucuronyltransferases, sulfotransferases, dan
glutathione S-transferases.
• Donor reaksi ini dapat berupa asam
Glukuronidasi
• Reaksi ini adalah reaksi konjugasi paling sering.
• Reaksi ini dikatalisis oleh berbagai enzim
glukuronosiltransferase, yang ada di retikulum
endoplasma dan sitosol.
• Molekul seperti 2-asetilaminofluoren
(karsinogen), anilin, asam benzoat, meprobamate
(zat penenang), fenol, dan banyak hormon
steroid diekskresikan sebagai glukuronida.
• Glukuronida dapat melekat pada kelompok
Glutation
• Tripeptida glutation (γ-glutamilsisteinilglisin) penting dalam metabolisme fase II senyawa elektrofilik,
• Reaksi konjugasi ini dikatalisis oleh enzim glutathione S-transferases
R + GSH → R − S − G • R adalah senyawa elektrofilik.
• Hasil reaksi ini adalah glutation-S-konjugat yang diekskresikan dalam urin dan empedu.
• Glutathione tidak hanya memainkan peran penting dalam reaksi fase 2 tetapi juga merupakan agen
Enzim enzim Glutation S-transferase
• Enzim enzim glutation S-transferase juga mengikat
sejumlah ligan yang bukan substrat, termasuk bilirubin, hormon steroid, dan beberapa karsinogen dan
metabolitnya, sehingga kadang-kadang dikenal sebagai ligandin.
• Enzim-enzim ini mengikat bilirubin di tempat yang berbeda dari tempat katalitik, memindahkannya dari aliran darah ke hati, kemudian ke retikulum
endoplasma untuk konjugasi dengan asam glukuronat, dan ekskresi dalam empedu.
• Enzim ini akan mengikat karsinogen, sehingga mencegah aksi karsinogen pada DNA.
Xenobiotik dapat menghasilkan efek toksisitas
• Ikatan kovalen dari metabolit xenobiotik ke makromolekul termasuk DNA, RNA, dan protein dapat menyebabkan
cedera sel (sitotoksisitas), yang bisa cukup parah sehingga menyebabkan kematian sel.
• Karena terjadi kerusakan pada DNA, mekanisme perbaikan DNA sel diaktifkan. Mekanisme ini melibatkan transfer
beberapa unit ADP-ribosa ke protein pengikat DNA, yang dikatalisis oleh poli (ADP-ribose polimerase).
• Sumber ADP-ribosa adalah NAD, dan sebagai respons terhadap kerusakan DNA yang parah menyebabkan penurunan NAD yang cukup besar. Pada gilirannya, ini menyebabkan penurunan besar pembentukan ATP, dan kematian sel.
Xenobiotik dapat menghasilkan berbagai efek
reaksi imunologis
• Metabolit reaktif dari xenobiotik dapat berikatan
dengan protein, dan bersifat sebagai hapten, dan
mengubah antigenisitas protein tersebut.
• protein yang berubah antigenitasnya akan
merangsang produksi antibodi.
• Antibodi yang dihasilkan tidak hanya bereaksi
dengan protein yang dimodifikasi tetapi juga
dapat bereaksi dengan protein yang tidak
dimodifikasi, sehingga berpotensi memicu
penyakit autoimun.
Xenobiotik dapat menghasilkan berbagai kanker.
• Reaksi beberapa xenobiotik teraktivasi dengan DNA penting dalam karsinogenesis kimia.
• Beberapa bahan kimia (misalnya benzo [α] pyrene) memerlukan aktivasi oleh sitokrom P450 dalam
retikulum endoplasma untuk menjadi karsinogenik (karena itu disebut karsinogen tidak langsung).
• Aktivitas enzim metabolisme xenobiotik terdapat dalam retikulum endoplasma sehingga membantu
untuk menentukan apakah senyawa tersebut menjadi karsinogenik atau "didetoksifikasi."
